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内田 毅 (ウチダ タケシ)
| 理学研究院 化学部門 物理化学分野 | 准教授 |
研究活動情報
■ 受賞■ 論文
- Conformational Gating in Electron Transfer from Cytochrome c to Cytochrome c Oxidase.
Wataru Sato; Kowit Hengphasatporn; Atsuhiro Shimada; Takeshi Uchida; Shinya Yoshikawa; Yasuteru Shigeta; Koichiro Ishimori
The journal of physical chemistry. B, 130, 3, 947, 960, 2026年01月22日, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Understanding the molecular basis of interprotein electron transfer (ET) is essential for elucidating the mechanisms of bioenergetic processes. In this study, we characterize the ET kinetics between cytochrome c (Cyt c) and cytochrome c oxidase (CcO) by determining the ET rate constant (kET) within their complex using temperature-dependent flow-flash spectroscopy. The measured kET was on the order of 104 s-1, corresponding to an ET distance of ∼13 Å, as estimated via Marcus theory, significantly shorter than the ∼23 Å distance inferred for the ES complex based on docking simulations using Michaelis constants (KM). These results provide strong evidence that ET does not occur within the canonical ES complex but rather within a distinct ET-active complex characterized by a shorter ET distance. Docking simulations further support the existence of this ET-active complex by identifying configurations with restricted ET distances. Importantly, the observed kET is approximately 80 times faster than the catalytic constant (kcat), indicating that ET is not the rate-limiting step in the overall Cyt c-CcO reaction. Given that kcat reflects a millisecond-scale conformational transition from the ES complex to the ET-active complex, it is likely governed by the structural fluctuation of the proteins. These findings support a conformational gating mechanism, wherein thermal fluctuations of protein structure critically regulate ET efficiency. This study advances our understanding of protein-protein ET from Cyt c to CcO by highlighting the role of dynamic structural transitions in modulating the reaction kinetics. - Multiple <i>Sry</i> genes in the Okinawa spiny rat encode proteins with an A-to-S substitution in the HMG domain that retain DNA-binding ability
Puntakarn Urunanont; Shusei Mizushima; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Luisa Matiz-Ceron; Asato Kuroiwa
Genes & Genetic Systems, 100, n/a, n/a, Genetics Society of Japan, 2025年
研究論文（学術雑誌） - A dye-decolorizing peroxidase from Vibrio cholerae can demetallate heme
Takeshi Uchida; Sayaka Umetsu; Miho Sasaki; Haruka Yoshimura; Issei Omura; Koichiro Ishimori
Journal of Inorganic Biochemistry, 112764, 112764, Elsevier BV, 2024年10月
研究論文（学術雑誌） - Converting cytochrome c into a DyP-like metalloenzyme
Issei Omura; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
Dalton Transactions, 51, 33, 12641, 12649, Royal Society of Chemistry (RSC), 2022年09月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌）, Dye-decolorizing peroxidase (DyP), which can degrade anthraquinone dyes using H2O2, is an attractive prospect for potential biotechnological applications for environmental purification. - Metal Sensing by a Glycine–Histidine Repeat Sequence Regulates the Heme Degradation Activity of PM0042 from Pasteurella multocida
Takeshi Uchida; Kazuki Ota; Akinobu Tatsumi; Syota Takeuchi; Koichiro Ishimori
Inorganic Chemistry, 61, 34, 13543, 13553, American Chemical Society (ACS), 2022年08月12日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌） - Heme binding to cold shock protein D, CspD, from Vibrio cholerae
Dayeon Nam; Wataru Motegi; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
Biochemical and Biophysical Research Communications, 624, 151, 156, Elsevier BV, 2022年07月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌） - Regulation of the expression of the nickel uptake system in Vibrio cholerae by iron and heme via Fur
Kazuyoshi Muranishi; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
Journal of Inorganic Biochemistry, 111713, 111713, Elsevier BV, 2022年01月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌） - Radical transfer but not heme distal residues is essential for pH dependence of dye-decolorizing activity of peroxidase from Vibrio cholerae
Takeshi Uchida; Issei Omura; Sayaka Umetsu; Koichiro Ishimori
Journal of Inorganic Biochemistry, 219, 111422, 111422, Elsevier BV, 2021年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Mechanistic insights into heme-mediated transcriptional regulation via a bacterial manganese-binding iron regulator, iron response regulator (Irr)
Dayeon Nam; Yuki Matsumoto; Takeshi Uchida; Mark R. O'Brian; Koichiro Ishimori
Journal of Biological Chemistry, 295, 32, 11316, 11325, American Society for Biochemistry & Molecular Biology (ASBMB), 2020年08月07日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌） - Osmotic pressure effects identify dehydration upon cytochrome c–cytochrome c oxidase complex formation contributing to a specific electron pathway formation
Wataru Sato; Seiji Hitaoka; Takeshi Uchida; Kyoko Shinzawa-Itoh; Kazunari Yoshizawa; Shinya Yoshikawa; Koichiro Ishimori
Biochemical Journal, 477, 8, 1565, 1578, Portland Press Ltd., 2020年04月30日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌） - Spectroscopic Characterization of Halorhodopsin Reconstituted into Nanodisks Using Native Lipids.
Ayumi Yamamoto; Takashi Tsukamoto; Kenshiro Suzuki; Eri Hashimoto; Yoshihiro Kobashigawa; Kousuke Shibasaki; Takeshi Uchida; Fuyuhiko Inagaki; Makoto Demura; Koichiro Ishimori
Biophysical journal, 118, 11, 2853, 2865, 2020年04月29日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, We successfully reconstituted single Natronomonas pharaonis halorhodopsin (NpHR) trimers into a nanodisk (ND) using the native archaeal lipid (NL) and an artificial lipid having a zwitterionic headgroup, 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC). Incorporation of single trimeric NpHR into NDs was confirmed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, size-exclusion chromatography, and visible circular dichroism spectroscopy. The Cl- binding affinity of NpHR in NDs using NL (NL-ND NpHR) or POPC (POPC-ND NpHR) was examined by absorption spectroscopy, showing that the Cl--releasing affinities (Kd,N↔O) of these ND-reconstituted NpHRs are more than 10 times higher than that obtained from native NpHR membrane fragments (MFs) harvested from a NpHR-overexpressing archaeal strain (MF NpHR). The photoreaction kinetics of these ND-reconstituted NpHRs revealed that the Cl- uptake was faster than that of MF NpHR. These differences in the Cl--releasing and uptake properties of ND-reconstituted NpHRs and MF NpHR may arise from suppression of protein conformational changes associated with Cl- release from the trimeric NpHR caused by ND reconstitution, conformational perturbation in the trimeric state, and loss of the trimer-trimer interactions. On the other hand, POPC-ND NpHR demonstrated accelerated Cl- uptake compared to NL-ND NpHR, suggesting that the negative charge on the archaeal membrane surface regulates the photocycle of NpHR. Although NL-ND NpHR and MF NpHR are embedded in the same lipid, the lower Cl--binding affinity at the initial state (Kd,initial) and faster recovering from the NpHR' state to the original state of the photoreaction cycle were observed for NL-ND NpHR, probably because of insufficient interactions with a chromophore in the native membrane, bacterioruberin in reconstituted NDs. Our results indicate that specific interactions of NpHR with surrounding lipids and bacterioruberin, structural flexibility of the membrane, and interactions between trimeric NpHRs may be necessary for efficient Cl- pumping. - A single mutation converts Alr5027 from cyanobacteria Nostoc sp. PCC 7120 to a heme-binding protein with heme-degrading ability
Dojun, N; Muranishi, K; Ishimori, K; Uchida, T
Journal of Inorganic Biochemistry, 203, 110916, 2020年02月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Role of conserved arginine in the heme distal site of HutZ from Vibrio cholerae in the heme degradation reaction.
Takeshi Uchida; Nobuhiko Dojun; Kazuki Ota; Yukari Sekine; Yuina Nakamura; Sayaka Umetsu; Koichiro Ishimori
Archives of biochemistry and biophysics, 677, 108165, 108165, 2019年11月30日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ from Vibrio cholerae is a dimeric enzyme that catalyzes degradation of heme. The highly conserved Arg92 residue in the HutZ family is proposed to interact with an iron-bound water molecule in the distal heme pocket. To clarify the specific role of Arg92 in the heme degradation reaction, the residue was substituted with alanine, leucine, histidine or lysine to modulate electrostatic interactions with iron-bound ligand. All four Arg92 mutants reacted with hydrogen peroxide to form verdoheme, a prominent intermediate in the heme degradation process. However, when ascorbic acid was used as an electron source, iron was not released even at pH 6.0 despite a decrease in the Soret band, indicating that non-enzymatic heme degradation occurred. Comparison of the rates of heme reduction, ligand binding and verdoheme formation suggested that proton transfer to the reduced oxyferrous heme, a potential rate-limiting step of heme degradation in HutZ, is hampered by mutation. In our previous study, we found that the increase in the distance between heme and Trp109 from 16 to 18 Å upon lowering the pH from 8.0 to 6.0 leads to activation of ascorbic acid-assisted heme degradation by HutZ. The distance in Arg92 mutants was >19 Å at pH 6.0, suggesting that subunit-subunit interactions at this pH are not suitable for heme degradation, similar to Asp132 and His63 mutants. These results suggest that interactions of Arg92 with heme-bound ligand induce alterations in the distance between subunits, which plays a key role in controlling the heme degradation activity of HutZ. - Structural basis for the heme transfer reaction in heme uptake machinery from Corynebacteria.
Norifumi Muraki; Chihiro Kitatsuji; Yasunori Okamoto; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Shigetoshi Aono
Chemical communications (Cambridge, England), 55, 92, 13864, 13867, 2019年11月14日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The crystal structures of the conserved region domains of HtaA and HtaB, which act as heme binding/transport proteins in the heme uptake machinery in Corynebacterium glutamicum, are determined for the first time. The molecular mechanism of heme transfer among these proteins is proposed based on the spectroscopic and structural analyses. - Specific heme binding to heme regulatory motifs in iron regulatory proteins and its functional significance
Yudai Nishitani; Hirotaka Okutani; Yukiko Takeda; Takeshi Uchida; Kazuhiro Iwai; Koichiro Ishimori
Journal of Inorganic Biochemistry, 198, 110726, 110726, Elsevier BV, 2019年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Role of His63 in HutZ from Vibrio cholerae in the heme degradation reaction and heme binding.
Takeshi Uchida; Nobuhiko Dojun; Yukari Sekine; Koichiro Ishimori
Dalton transactions (Cambridge, England : 2003), 48, 16, 5408, 5416, 2019年04月16日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ from Vibrio cholerae is a dimeric enzyme that catalyzes oxygen-dependent degradation of heme via a similar catalytic mechanism to mammalian heme oxygenase. However, HutZ oxidizes the β- or δ-meso position of heme at a ∼1 : 1 ratio distinct from heme oxygenase, which initiates the degradation of heme solely at the α-meso position. His63 is a residue that potentially forms hydrogen bond with the heme 7-propionate group. To establish the role of His63 in regioselectivity of heme degradation by HutZ and heme binding, we constructed mutants of His63. Interestingly, the H63L mutant retained a comparable level of β- or δ-regioselectivity as wild-type HutZ. Ascorbic acid-assisted heme degradation by HutZ is pH-dependent, showing activity at pH 6.0 but not above pH 8.0. Compared to the wild-type protein, the H63L mutant was inactive, even at pH 6.0, and affinity for heme was significantly decreased in contrast with a comparable heme binding affinity at pH 8.0, as observed for the mutant of Asp132 to Val, which is located within hydrogen bonding distance of the heme axial ligand His170, but in a different protomer. In addition, the distance between heme and Trp109 increased from 16-18 Å for wild-type HutZ to 24-28 Å for the H63L mutant, indicating that protomer orientation is altered by the mutation, since Trp109 is in another subunit of the heme axial ligand. Our results collectively suggest that His63 positioned near heme does not contribute to regioselectivity of heme degradation but plays a key role in maintaining the orientation of subunits for HutZ to function of heme degradation. - Subunit–subunit interactions play a key role in the heme-degradation reaction of HutZ from Vibrio cholerae
Takeshi Uchida; Kazuki Ota; Yukari Sekine; Nobuhiko Dojun; Koichiro Ishimori
Dalton Transactions, 48, 12, 3973, 3983, 2019年03月19日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ, a dimeric protein, from Vibrio cholerae is a protein that catalyzes the oxygen-dependent degradation of heme. Interestingly, the ascorbic acid-supported heme-degradation activity of HutZ depends on pH: less than 10% of heme is degraded by HutZ at pH 8.0, but nearly 90% of heme is degraded at pH 6.0. We examined here pH-dependent conformational changes in HutZ using fluorescence spectroscopy. Trp109 is estimated to be located approximately 21 Å from heme and is present in a different subunit containing a heme axial ligand. Thus, we postulated that the distance between heme and Trp109 reflects subunit-subunit orientational changes. On the basis of resonance energy transfer from Trp109 to heme, we estimated the distance between heme and Trp109 to be approximately 17 Å at pH 8.0, while the distance increased by less than 2 Å at pH 6.0. We presumed that such changes led to a decrease in electron donation from the proximal histidine, resulting in enhancement of the heme-degradation activity. To confirm this scenario, we mutated Ala31, located at the dimer interface, to valine to alter the distance through the subunit-subunit interaction. The distance between heme and Trp109 for the A31V mutant was elongated to 24-27 Å. Although resonance Raman spectra and reduction rate of heme suggested that this mutation resulted in diminished electron donation from the heme axial ligand, ascorbic acid-supported heme-degradation activity was not observed. Based on our findings, it can be proposed that the relative positioning of two protomers is important in determining the heme degradation rate by HutZ. - Polyethylene glycol promotes autoxidation of cytochrome c
Wataru Sato; Takeshi Uchida; Tomohide Saio; Koichiro Ishimori
Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects, 1862, 6, 1339, 1349, Elsevier B.V., 2018年06月01日, ［査読有り］, ［責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Redox-dependent axial ligand replacement and its functional significance in heme-bound iron regulatory proteins
Mariko Ogura; Ryosuke Endo; Haruto Ishikawa; Yukiko Takeda; Takeshi Uchida; Kazuhiro Iwai; Kazuo Kobayashi; Koichiro Ishimori
Journal of Inorganic Biochemistry, 182, 238, 248, Elsevier Inc., 2018年05月01日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Heme Binding to Porphobilinogen Deaminase from Vibrio cholerae Decelerates the Formation of 1-Hydroxymethylbilane
Takeshi Uchida; Takumi Funamizu; Minghao Chen; Yoshikazu Tanaka; Koichiro Ishimori
ACS Chemical Biology, 13, 3, 750, 760, American Chemical Society, 2018年03月16日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Heme Iron Coordination Structure of Heme Transport Protein HutB from Vibrio Cholerae
Takeshi Uchida; Takumi Funamizu; Mariko Ogura; Koichiro Ishimori
BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN, 90, 8, 924, 930, 2017年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - HmuS from Yersinia pseudotuberculosis is a non-canonical heme-degrading enzyme to acquire iron from heme.
Masato Onzuka; Yukari Sekine; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Shin-Ichi Ozaki
Biochimica et biophysica acta. General subjects, 1861, 7, 1870, 1878, 2017年07月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Some Gram-negative pathogens import host heme into the cytoplasm and utilize it as an iron source for their survival. We report here that HmuS, encoded by the heme utilizing system (hmu) locus, cleaves the protoporphyrin ring to release iron from heme. A liquid chromatography/mass spectrometry analysis revealed that the degradation products of this reaction are two biliverdin isomers that result from transformation of a verdoheme intermediate. This oxidative heme degradation by HmuS required molecular oxygen and electrons supplied by either ascorbate or NADPH. Electrons could not be directly transferred from NADPH to heme; instead, ferredoxin-NADP+ reductase (FNR) functioned as a mediator. Although HmuS does not share amino acid sequence homology with heme oxygenase (HO), a well-known heme-degrading enzyme, absorption and resonance Raman spectral analyses suggest that the heme iron is coordinated with an axial histidine residue and a water molecule in both enzymes. The substitution of axial His196 or distal Arg102 with an alanine residue in HmuS almost completely eliminated heme-degradation activity, suggesting that Fe-His coordination and interaction of a distal residue with water molecules in the heme pocket are important for this activity. - Reaction intermediates in the heme degradation reaction by HutZ from Vibrio cholerae.
Takeshi Uchida; Yukari Sekine; Nobuhiko Dojun; Ariel Lewis-Ballester; Izumi Ishigami; Toshitaka Matsui; Syun-Ru Yeh; Koichiro Ishimori
Dalton transactions (Cambridge, England : 2003), 46, 25, 8104, 8109, 2017年06月27日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ is a heme-degrading enzyme in Vibrio cholerae. It converts heme to biliverdin via verdoheme, suggesting that it follows the same reaction mechanism as that of mammalian heme oxygenase. However, none of the key intermediates have been identified. In this study, we applied steady-state and time-resolved UV-vis absorption and resonance Raman spectroscopy to study the reaction of the heme-HutZ complex with H2O2 or ascorbic acid. We characterized three intermediates: oxyferrous heme, meso-hydroxyheme, and verdoheme complexes. Our data support the view that HutZ degrades heme in a manner similar to mammalian heme oxygenase, despite their low sequence and structural homology. - Heme Proximal Hydrogen Bonding between His170 and Asp132 Plays an Essential Role in the Heme Degradation Reaction of HutZ from Vibrio cholerae.
Takeshi Uchida; Nobuhiko Dojun; Yukari Sekine; Koichiro Ishimori
Biochemistry, 56, 21, 2723, 2734, 2017年05月30日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ from Vibrio cholerae is an enzyme that catalyzes the oxygen-dependent degradation of heme. The crystal structure of the homologous protein from Helicobacter pylori, HugZ, predicts that Asp132 in HutZ is located within hydrogen-bonding distance of the heme axial ligand His170. Hydrogen bonding between His170 and Asp132 appears to be disfavored in heme-degrading enzymes, because it can contribute to the imidazolate character of the axial histidine, as observed in most heme-containing peroxidases. Thus, we investigated the role of this potential hydrogen bond in the heme degradation reaction by mutating Asp132 to Leu, Asn, or Glu and by mutating His170 to Ala. Heme degradation activity was almost completely lost in D132L and D132N mutants, whereas verdoheme formation through reaction with H2O2 was comparable in the D132E mutant and wild-type enzyme. However, even at pH 6.0, when the heme is in a high-spin state, the D132E mutant was inactive toward ascorbic acid because of a significant reduction in its affinity (Kd) for heme (4.1 μM) compared with that at pH 8.0 (0.027 μM). The heme degradation activity of the H170A mutant was also substantially reduced, although this mutant bound heme with a Kd of 0.067 μM, despite the absence of an axial ligand. Thus, this study showed that proximal hydrogen bonding between Asp132 and His170 plays a role in retaining the heme in an appropriate position for oxygen-dependent heme degradation. - The Iron Chaperone Protein CyaY from Vibrio cholerae Is a Heme-Binding Protein
Takeshi Uchida; Noriyuki Kobayashi; Souichiro Muneta; Koichiro Ishimori
BIOCHEMISTRY, 56, 18, 2425, 2434, 2017年05月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Iron chelators inhibit the heme-degradation reaction by HutZ from Vibrio cholerae.
Nobuhiko Dojun; Yukari Sekine; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
Dalton transactions (Cambridge, England : 2003), 46, 16, 5147, 5150, 2017年04月19日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ is a heme-degrading enzyme. We found that the heme-degradation reaction by HutZ is inhibited by the iron chelators. Kinetic analysis of each heme-degradation step suggests that water molecules hydrogen bonded to Thr27 are involved in proton transfer to Fe(iii)-OO-, and that this step is inhibited by iron chelators. - Dual role of the active-center cysteine in human peroxiredoxin 1: Peroxidase activity and heme binding
Yuta Watanabe; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, 483, 3, 930, 935, 2017年02月, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Energetic Mechanism of Cytochrome c-Cytochrome c Oxidase Electron Transfer Complex Formation under Turnover Conditions Revealed by Mutational Effects and Docking Simulation
Wataru Sato; Seiji Hitaoka; Kaoru Inoue; Mizue Imai; Tomohide Saio; Takeshi Uchida; Kyoko Shinzawa-Itoh; Shinya Yoshikawa; Kazunari Yoshizawa; Koichiro Ishimori
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 291, 29, 15320, 15331, 2016年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Structural Characterization of Heme Environmental Mutants of CgHmuT that Shuttles Heme Molecules to Heme Transporters.
Norifumi Muraki; Chihiro Kitatsuji; Mariko Ogura; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Shigetoshi Aono
International journal of molecular sciences, 17, 6, 829, 2016年05月27日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Corynebacteria contain a heme uptake system encoded in hmuTUV genes, in which HmuT protein acts as a heme binding protein to transport heme to the cognate transporter HmuUV. The crystal structure of HmuT from Corynebacterium glutamicum (CgHmuT) reveals that heme is accommodated in the central cleft with His141 and Tyr240 as the axial ligands and that Tyr240 forms a hydrogen bond with Arg242. In this work, the crystal structures of H141A, Y240A, and R242A mutants were determined to understand the role of these residues for the heme binding of CgHmuT. Overall and heme environmental structures of these mutants were similar to those of the wild type, suggesting that there is little conformational change in the heme-binding cleft during heme transport reaction with binding and the dissociation of heme. A loss of one axial ligand or the hydrogen bonding interaction with Tyr240 resulted in an increase in the redox potential of the heme for CgHmuT to be reduced by dithionite, though the wild type was not reduced under physiological conditions. These results suggest that the heme environmental structure stabilizes the ferric heme binding in CgHmuT, which will be responsible for efficient heme uptake under aerobic conditions where Corynebacteria grow. - Haem-dependent dimerization of PGRMC1/Sigma-2 receptor facilitates cancer proliferation and chemoresistance
Yasuaki Kabe; Takanori Nakane; Ikko Koike; Tatsuya Yamamoto; Yuki Sugiura; Erisa Harada; Kenji Sugase; Tatsuro Shimamura; Mitsuyo Ohmura; Kazumi Muraoka; Ayumi Yamamoto; Takeshi Uchida; So Iwata; Yuki Yamaguchi; Elena Krayukhina; Masanori Noda; Hiroshi Handa; Koichiro Ishimori; Susumu Uchiyama; Takuya Kobayashi; Makoto Suematsu
NATURE COMMUNICATIONS, 7, 11030, 2016年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Cytoplasmic Heme-Binding Protein (HutX) from Vibrio cholerae Is an Intracellular Heme Transport Protein for the Heme-Degrading Enzyme, HutZ.
Yukari Sekine; Takehito Tanzawa; Yoshikazu Tanaka; Koichiro Ishimori; Takeshi Uchida
Biochemistry, 55, 6, 884, 93, 2016年02月16日, ［査読有り］, ［最終著者, 責任著者］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ is a cytoplasmic heme-binding protein from Vibrio cholerae. Although we have previously identified HutZ as a heme-degrading enzyme [Uchida, T., et al. (2012) Chem. Commun. 48, 6741-6743], the heme transport protein for HutZ remained unknown. To identify the heme transport protein for HutZ, we focused on the heme utilization operon, hutWXZ. To this end, we constructed an expression system for HutX in Escherichia coli and purified it to homogeneity. An absorption spectral analysis demonstrated that HutX binds heme with a 1:1 stoichiometry and a dissociation constant of 7.4 nM. The crystal structure of HutX displays a fold similar to that of the homologous protein, ChuX, from E. coli O157:H7. A structural comparison of HutX and ChuX, and resonance Raman spectra of heme-HutX, suggest that the axial ligand of the ferric heme is Tyr90. The heme bound to HutX is transferred to HutZ with biphasic dissociation kinetics of 8.3 × 10(-2) and 1.5 × 10(-2) s(-1), values distinctly larger than those for transfer from HutX to apomyoglobin. Surface plasmon resonance experiments confirmed that HutX interacts with HutZ with a dissociation constant of ∼400 μM. These results suggest that heme is transferred from HutX to HutZ via a specific protein-protein interaction. Therefore, we can conclude that HutX is a cytoplasmic heme transport protein for HutZ. - Protein oxidation mediated by heme-induced active site conversion specific for heme-regulated transcription factor, iron response regulator
Chihiro Kitatsuji; Kozue Izumi; Shusuke Nambu; Masaki Kurogochi; Takeshi Uchida; Shin-Ichiro Nishimura; Kazuhiro Iwai; Mark R. O'Brian; Masao Ikeda-Saito; Koichiro Ishimori
SCIENTIFIC REPORTS, 6, 18703, 2016年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Investigation of the redox-dependent modulation of structure and dynamics in human cytochrome c
Mizue Imai; Tomohide Saio; Hiroyuki Kumeta; Takeshi Uchida; Fuyuhiko Inagaki; Koichiro Ishimori
BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, 469, 4, 978, 984, 2016年01月
英語, 研究論文（学術雑誌） - A Dye-Decolorizing Peroxidase from Vibrio cholerae
Takeshi Uchida; Miho Sasaki; Yoshikazu Tanaka; Koichiro Ishimorit
BIOCHEMISTRY, 54, 43, 6610, 6621, 2015年11月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 最終著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Heme-Binding Properties of HupD Functioning as a Substrate-Binding Protein in a Heme-Uptake ABC-Transporter System in Listeria monocytogenes
Yasunori Okamoto; Hitomi Sawai; Mariko Ogura; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Takashi Hayashi; Shigetoshi Aono
BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN, 87, 10, 1140, 1146, 2014年10月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Molecular Mechanism for Heme-Mediated Inhibition of 5-Aminolevulinic Acid Synthase 1
Chihiro Kitatsuji; Mariko Ogura; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Shigetoshi Aono
BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN, 87, 9, 997, 1004, 2014年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Spectroscopic studies on HasA from Yersinia pseudotuberculosis.
Shin-Ichi Ozaki; Takehiro Sato; Yukari Sekine; Catharina T Migita; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori
Journal of inorganic biochemistry, 138, 31, 38, 2014年09月, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Heme acquisition system A (HasA) is known as a hemophore in Gram-negative pathogens. The ferric heme iron is coordinated by Tyr-75 and His-32 in holo-HasA from Pseudomonas aeruginosa (HasApa). In contrast, in holo-HasA from Yersinia pseudotuberculosis (HasAyp), our spectroscopic studies suggest that only Tyr-75 coordinates to the ferric heme iron. The substitution of Gln-32 with alanine in HasAyp does not alter the spectroscopic properties, indicating that Gln-32 is not an axial ligand for the heme iron. Somewhat surprisingly, the Y75A mutant of HasAyp can capture a free hemin molecule but the rate of hemin uptake is slower than that of wild type, suggesting that the hydrophobic interaction in the heme pocket may also play a role in heme acquisition. Unlike in wild type apoprotein, ferric heme transfer from Hb to Y75A apo-HasAyp has not been observed. These results imply that coordination (bonding/interaction) between Tyr-75 and the heme iron is important for heme transfer from Hb. Interestingly, HasAyp differs from HasApa in its ability to bind the ferrous heme iron. Apo-HasAyp can capture ferrous heme and resonance Raman spectra of ferrous-carbon monoxide holo-HasAyp suggest that Tyr-75 is protonated when the heme iron is in the ferrous state. The ability of HasAyp to acquire the ferrous heme iron might be beneficial to Y. pseudotuberculosis, a facultative anaerobe in the Enterobacteriaceae family. - 3P101 細胞膜モデル「ナノディスク」を用いたハロロドプシンの三量体形成が持つ機能的意義(03. 膜蛋白質,ポスター,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))
Suzuki Kenshiro; Yamamoto Ayumi; Tsukamoto Takashi; Kobashigawa Yoshihiro; Uchida Takeshi; Inagaki Fuyuhiko; Demura Makoto; Ishimori Koichiro
生物物理, 54, 1, S265, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2014年
英語 - 3P053 圧力効果を用いたシトクロムcの立体構造形成過程における脱水和機構の解析(01C. 蛋白質:物性,ポスター,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))
Konno Shohei; Doi Kentaro; Uchida Takeshi; Ishimori Koichiro
生物物理, 54, 1, S257, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2014年
英語 - 2P041 ミトコンドリア呼吸鎖のシトクロムc-シトクロムc酸化酵素複合体における電子伝達反応の構造制御機構(01B. 蛋白質:構造機能相関,ポスター,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))
Imai Mizue; Sato Wataru; Inoue Kaoru; Sakamoto Koichi; Shinzawa Kyoko; Uchida Takeshi; Yoshikawa Shinya; Ishimori Koichiro
生物物理, 54, 1, S201, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2014年
英語 - 2SBP-03 コレラ菌の鉄獲得機構(シグナル伝達機構における構造細胞生物学的新展開,新学術領域研究「細胞シグナリング複合体によるシグナル検知・伝達・応答の構造的基礎」共催,シンポジウム,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))
内田 毅
生物物理, 54, 1, S131, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2014年
英語 - 2P130 シトクロムc-シトクロムc酸化酵素間における電子伝達複合体形成機構の浸透圧を用いた解析(07. 水・水和/電解質,ポスター,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))
Sato Wataru; Imai Mizue; Uchida Takeshi; Ito Kyoko; Yoshikawa Shinya; Ishimori Koichiro
生物物理, 54, 1, S216, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2014年
英語 - 3P127 浸透圧効果を利用したシトクロムc-シトクロムc酸化酵素電子伝達複合体における相互作用の解析(07.水・水和/電解質,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))
Sato Wataru; Imai Mizue; Uchida Takeshi; Ito Kyoko; Yoshikawa Shinya; Ishimori Koichiro
生物物理, 53, 1, S232, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2013年
英語 - 3P105 細胞膜モデル「ナノディスク」を用いたハロロドプシンの三量体形成が持つ機能的意義(03.膜蛋白質,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))
Suzuki Kenshiro; Yamamoto Ayumi; Tsukamoto Takashi; Kobashigawa Toshihiro; Uchida Takeshi; Inagaki Fuyuhiko; Demura Makoto; Ishimori Koichiro
生物物理, 53, 1, S229, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2013年
英語 - A heme degradation enzyme, HutZ, from Vibrio cholerae.
Takeshi Uchida; Yukari Sekine; Toshitaka Matsui; Masao Ikeda-Saito; Koichiro Ishimori
Chemical communications (Cambridge, England), 48, 53, 6741, 3, 2012年07月07日, ［査読有り］, ［国際誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, HutZ, one of the crucial proteins of the iron uptake system in Vibrio cholerae, was purified, which binds to heme at a stoichiometry of 1 : 1. In the presence of ascorbic acid, the HutZ-bound heme degrades via the same intermediates observed in heme oxygenase, suggesting that HutZ works as a heme degradation enzyme. - Effects of the bHLH domain on axial coordination of heme in the PAS-A domain of neuronal PAS domain protein 2 (NPAS2): Conversion from His119/Cys170 coordination to His119/His171 coordination
Takeshi Uchida; Ikuko Sagami; Toru Shimizu; Koichiro Ishimori; Teizo Kitagawa
JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY, 108, 188, 195, 2012年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Heme binding characteristics of mouse per1, a transcriptional regulatory factor associated with circadian rhythms
Nagata R; Harada M; Kitanishi K; Igarashi J; Uchida T; Ishimori K; Shimizu T
Circadian Rhythms: Biology, Cognition and Disorders, 133, 160, 2012年, ［査読有り］ - Identification and functional and spectral characterizations of a novel globin-coupled histidine kinase from Anaeromixobacter sp. Fw109-5
KITANISHI Kenichi; KOBAYASHI Kazuo; UCHIDA Takeshi; ISHIMORI Koichiro; IGARASHI Jotaro; SHIMIZU Toru
Journal of Biological Chemistry, 286, 41, 35522, 35534, 2011年10月, ［査読有り］ - NMR basis for interprotein electron transfer gating between cytochrome c and cytochrome c oxidase
Koichi Sakamoto; Masakatsu Kamiya; Mizue Imai; Kyoko Shinzawa-Itoh; Takeshi Uchida; Keiichi Kawano; Shinya Yoshikawa; Koichiro Ishimori
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 108, 30, 12271, 12276, 2011年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Unusual Heme Binding in the Bacterial Iron Response Regulator Protein: Spectral Characterization of Heme Binding to the Heme Regulatory Motif
Haruto Ishikawa; Megumi Nakagaki; Ai Bamba; Takeshi Uchida; Hiroshi Hori; Mark R. O'Brian; Kazuhiro Iwai; Koichiro Ishimori
BIOCHEMISTRY, 50, 6, 1016, 1022, 2011年02月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Redox-controlled backbone dynamics of human cytochrome c revealed by N-15 NMR relaxation measurements
Koichi Sakamoto; Masakatsu Kamiya; Takeshi Uchida; Keiichi Kawano; Koichiro Ishimori
BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, 398, 2, 231, 236, 2010年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - 2SC0933 ヘムシャペロン蛋白質のヘム輸送機構(2SC 金属タンパク質における弱い相互作用の構造と機能-タンパク質場と特異的反応-,第48回日本生物物理学会年会)
内田 毅
生物物理, 50, 2, S10, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2010年
英語 - Molecular oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase (HemDGC) for the synthesis of cyclic di-GMP
Hitomi Sawai; Shiro Yoshioka; Takeshi Uchida; Mamoru Hyodo; Yoshihiro Hayakawa; Koichiro Ishimori; Shigetoshi Aono
BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS, 1804, 1, 166, 172, 2010年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - 3P-080 シトクロムcにおけるシトクロムc酸化酵素との電子伝達反応に重要なアミノ酸残基の検討(ヘム蛋白質,第47回日本生物物理学会年会)
Inoue Kaoru; Sakamoto Koichi; Nomoto Naoko; Uchida Takeshi; Shinzawa-Ito Kyoko; Yoshikawa Shinya; Ishimori Koichiro
生物物理, 49, S164, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2009年
英語 - Heme-binding characteristics of the isolated PAS-A domain of mouse Per2, a transcriptional regulatory factor associated with circadian rhythms
Kenichi Kitanishi; Jotaro Igarashi; Koya Hayasaka; Naoki Hikage; Islam Saiful; Seigo Yamauchi; Takeshi Uchida; Koichiro Ishimori; Toru Shimizu
BIOCHEMISTRY, 47, 23, 6157, 6168, 2008年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Reactive complexes in myoglobin and nitric oxide synthase
Hans-Petter Hersleth; Armelle Varnier; Espen Harbitz; Asmund Kjendseth Rohr; Peter P. Schmidt; Morten Sorlie; F. Henning Cederkvist; Stephane Marchal; Antonius C. F. Gorren; Bernd Mayer; Takeshi Uchida; Volker Schuenemann; Teizo Kitagawa; Alfred X. Trautwein; Toru Shimizu; Reinhard Lange; Carl Henrik Gorbitz; K. Kristoffer Andersson
INORGANICA CHIMICA ACTA, 361, 4, 831, 843, 2008年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - 1S1-6 ヘムを輸送するタンパク質-ヘムシャペロンCcmE-のしなやかな分子構造について(1S1 遷移金属の生物物理-若手研究者の挑戦,第46回日本生物物理学会年会)
内田 毅
生物物理, 48, S1, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2008年
英語 - Construction of a subnanosecond time-resolved, high-resolution ultraviolet resonance Raman measurement system and its application to reveal the dynamic structures of proteins
Minoru Kubo; Takeshi Uchida; Satoru Nakashima; Teizo Kitagawa
APPLIED SPECTROSCOPY, 62, 1, 30, 37, 2008年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Crystallographic and spectroscopic studies of peroxide-derived myoglobin compound II and occurrence of protonated Fe(IV)-O
Hans-Petter Hersleth; Takeshi Uchida; Asmund K. Rohr; Thomas Teschner; Volker Schuenemann; Teizo Kitagawa; Alfred X. Trautwein; Carl Henrik Gorbitz; K. Kristoffer Andersson
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 282, 32, 23372, 23386, 2007年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Unique peroxidase reaction mechanism in prostaglandin endoperoxide H synthase-2 - Compound I in prostaglandin endoperoxide H synthase-2 can be formed without assistance by distal glutamine residue
Shizuo Ichimura; Takeshi Uchida; Shuhei Taniguchi; Shusuke Hira; Takehiko Tosha; Isao Morishima; Teizo Kitagawa; Koichiro Ishimori
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 282, 22, 16681, 16690, 2007年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - シトクロムc翻訳後修飾タンパク質の機能と構造
内田 毅
生物物理, 47, 2, 112, 117, 一般社団法人日本生物物理学会, 2007年03月25日
日本語, c-type cytochromes are electron transfer proteins that are essential for the life of virtually all organisms. They characteristically carry covalently-bound heme via thioether bonds to two cysteines in the protein. In Gram-negative bacteria, biogenesis of c-type cytochrome is conducted by a multiprotein complex system known as the cytochrome c maturation (Ccm) system. This system is consisted of 8 gene products (CcmA-CcmH). CcmE, which is called as a heme chaperon, binds heme and delivers it to apocytochrome c. In this article, I discuss the structure of CcmE and how it works as a heme chaperone protein. - 3P110 ヘムシャペロンタンパク質CcmEからアポシトクロムcへのヘム輸送過程の解析(ヘム蛋白質,ポスター発表,第45回日本生物物理学会年会)
内田 毅; 近藤 祐佳; 石森 浩一郎
生物物理, 47, S230, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2007年
英語 - Similarities and differences between cyclobutane pyrimidine dimer photolyase and (6-4) photolyase as revealed by resonance Raman spectroscopy - Electron transfer from the FAD cofactor to ultraviolet-damaged DNA
Jiang Li; Takeshi Uchida; Takeshi Todo; Teizo Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 281, 35, 25551, 25559, 2006年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Characteristic structure and environment in FAD cofactor of (6-4) photolyase along function revealed by resonance Raman spectroscopy
Jiang Li; Takeshi Uchida; Takehiro Ohta; Takeshi Todo; Teizo Kitagawa
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 110, 33, 16724, 16732, 2006年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Specific hydrogen-bonding networks responsible for selective O-2 sensing of the oxygen sensor protein HemAT from Bacillus subtilis
H Yoshimura; S Yoshioka; K Kobayashi; T Ohta; T Uchida; M Kubo; T Kitagawa; S Aono
BIOCHEMISTRY, 45, 27, 8301, 8307, 2006年07月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Spectroscopic and DNA-binding characterization of the isolated heme-bound basic helix-loop-helix-PAS-A domain of neuronal PAS protein 2 (NPAS2), a transcription activator protein associated with circadian rhythms
Y Mukaiyama; T Uchida; E Sato; A Sasaki; Y Sato; J Igarashi; H Kurokawa; Sagami, I; T Kitagawa; T Shimizu
FEBS JOURNAL, 273, 11, 2528, 2539, 2006年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - On the relationship of coral allene oxide synthase to catalase - A single active site mutation that induces catalase activity in coral allene oxide synthase
T Tosha; T Uchida; AR Brash; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 281, 18, 12610, 12617, 2006年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Evidence for displacements of the C-helix by CO Ligation and DNA binding to CooA revealed by UV resonance Raman spectroscopy
M Kubo; S Inagaki; S Yoshioka; T Uchida; Y Mizutani; S Aono; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 281, 16, 11271, 11278, 2006年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Dynamic Ligation properties of the Escherichia coli heme chaperone CcmE to non-covalently bound heme
JM Stevens; T Uchida; O Daltrop; T Kitagawa; SJ Ferguson
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 281, 10, 6144, 6151, 2006年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Biophysical properties of a c-type heme in chemotaxis signal transducer protein DcrA
Shiro Yoshioka; Katsuaki Kobayashi; Hideaki Yoshimura; Takeshi Uchida; Teizo Kitagawa; Shigetoshi Aono
Biochemistry, 44, 46, 15406, 15413, 2005年11月22日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Mechanism for transduction of the ligand-binding signal in heme-based gas sensory proteins revealed by resonance Raman spectroscopy
T Uchida; T Kitagawa
ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH, 38, 8, 662, 670, 2005年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Covalent cofactor attachment to proteins: cytochrome c biogenesis
JM Stevens; T Uchida; O Daltrop; SJ Ferguson
BIOCHEMICAL SOCIETY TRANSACTIONS, 33, 792, 795, 2005年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Spectroscopic characterization of the isolated heme-bound PAS-B domain of neuronal PAS domain protein 2 associated with circadian rhythms
R Koudo; H Kurokawa; E Sato; J Igarashi; T Uchida; Sagami, I; T Kitagawa; T Shimizu
FEBS JOURNAL, 272, 16, 4153, 4162, 2005年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - CO-dependent activity-controlling mechanism of heme-containing CO-sensor protein, neuronal PAS domain protein
T Uchida; E Sato; A Sato; Sagami, I; T Shimizu; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 280, 22, 21358, 21368, 2005年06月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - 3P104 鉄濃度制御蛋白質IRP2におけるヘムの配位環境(ヘム蛋白質))
遠藤 良輔; 石川 春人; 内田 毅; 小林 一雄; 北川 禎三; 岩井 一宏; 石森 浩一郎
生物物理, 45, S229, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
日本語 - 3P081 鉄濃度センサー蛋白質Irrにおけるヘムの配位環境とその制御機構(ヘム蛋白質))
中垣 恵実; 内田 毅; 小林 一雄; 石川 春人; 北川 禎三; 岩井 一宏; O'Brian Mark; 石森 浩一郎
生物物理, 45, S224, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
日本語 - 3P097 NPAS2のヘムドメイン構造とDNA結合活性の解析(ヘム蛋白質))
石田 真志保; 内田 毅; 北川 禎三; 佐上 郁子
生物物理, 45, S228, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
日本語 - 3P090 類似したヘム近傍構造を持つ珊瑚由来アレンオキサイド合成酵素とカタラーゼ ; 機能の相違を決定している因子(ヘム蛋白質))
当舎 武彦; 内田 毅; Brash Alan R.; 北川 禎三
生物物理, 45, S226, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
日本語 - 3P091 ヘムを有する転写調節因子CooAのDNA結合による構造変化 : 共鳴ラマン分光法による研究(ヘム蛋白質))
久保 稔; 稲垣 さや香; 内田 毅; 青野 重利; 北川 禎三
生物物理, 45, S226, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
日本語 - 2P299 Resonance Raman Study on the Active Site of (6-4) Photolyase : Electron Density Localization in FAD and Strong H-bonding Environment
李 江; 内田 毅; 藤堂 剛; 北川 禎三
生物物理, 45, S194, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年
英語 - Role of Tyr-288 at the dioxygen reduction site of cytochrome bo studied by stable isotope labeling and resonance Raman spectroscopy
T Uchida; T Mogi; H Nakamura; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 279, 51, 53613, 53620, 2004年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - The interaction of covalently bound heme with the cytochrome c maturation protein CcmE
T Uchida; JM Stevens; O Daltrop; EM Harvat; L Hong; SJ Ferguson; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 279, 50, 51981, 51988, 2004年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - SOUL in mouse eyes is a new hexameric heme-binding protein with characteristic optical absorption, resonance Raman spectral, and heme-binding properties
E Sato; Sagami, I; T Uchida; A Sato; T Kitagawa; J Igarashi; T Shimizu
BIOCHEMISTRY, 43, 44, 14189, 14198, 2004年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - [UV/Vis absorption, infrared and Raman spectroscopy].
Uchida T; Kitagawa T
Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme, 49, 11 Suppl, 1693, 1699, 2004年08月, ［査読有り］ - Structural characterization of a binuclear center of a Cu-containing NO reductase homologue from Roseobacter denitrificans: EPR and resonance Raman studies
Y Matsuda; T Uchida; H Hori; T Kitagawa; H Arata
BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS, 1656, 1, 37, 45, 2004年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Structural characterization of a binuclear center of a Cu-containing NO reductase homologue from Roseobacter denitrificans: EPR and resonance Raman studies.
Matsuda Y; Uchida T; Hori H; Kitagawa T; Arata H
Biochimica et Biophysica Acta, 1656, 1, 37, 45, 2004年05月, ［査読有り］ - 1P267 Resonance Raman Investigation of (6-4)Photolyase : FAD Cofactor Is in a Strong Hydrogen-bonding Environment
Li Jiang; 内田 毅; 藤堂 剛; 北川 禎三
生物物理, 44, S96, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2004年
英語 - 2P078 珊瑚由来アレンオキサイド合成酵素と基質の相互作用 : 共鳴ラマン分光法による研究(ヘム蛋白質)
当舎 武彦; 内田 毅; Brash Alan R.; 北川 禎三
生物物理, 44, S129, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2004年
日本語 - Multiple monovalent ion-dependent pathways for the folding of the L-21 Tetrahymena thermophila ribozyme
T Uchida; K Takamoto; Q He; MR Chance; M Brenowitz
JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY, 328, 2, 463, 478, 2003年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Linkage of monovalent and divalent ion binding in the folding of the P4-P6 domain of the Tetrahymena ribozyme
T Uchida; Q He; CY Ralston; M Brenowitz; MR Chance
BIOCHEMISTRY, 41, 18, 5799, 5806, 2002年05月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Resonance Raman and ligand binding studies of the oxygen-sensing signal transducer protein HemAT from Bacillus subtilis
S Aono; T Kato; M Matsuki; H Nakajima; T Ohta; T Uchida; T Kitagawa
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 277, 16, 13528, 13538, 2002年04月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Ligand migration in human myoglobin: Steric effects of isoleucine 107(G8) on O-2 and CO binding
H Ishikawa; T Uchida; S Takahashi; K Ishimori; Morishima, I
BIOPHYSICAL JOURNAL, 80, 3, 1507, 1517, 2001年03月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - 2P081大腸菌チトクロムboの酸素還元部位に存在するTyr288の機能的役割の検討
内田 毅; 茂木 立志; 中村 寛夫; 北川 禎三
生物物理, 41, S116, 一般社団法人 日本生物物理学会, 2001年
日本語 - First synthetic NO-heme-thiolate complex relevant to nitric oxide synthase and cytochrome P450nor [33]
N. Suzuki; T. Higuchi; Y. Urano; K. Kikuchi; T. Uchida; M. Mukai; T. Kitagawa; T. Nagano
Journal of the American Chemical Society, 122, 48, 12059, 12060, 2000年12月06日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Active site structure of SoxB-type cytochrome bo(3) oxidase from thermophilic Bacillus
T Uchida; M Tsubaki; T Kurokawa; H Hori; J Sakamoto; T Kitagawa; N Sone
JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY, 82, 1-4, 65, 72, 2000年11月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Identification of histidine 77 as the axial heme ligand of carbonmonoxy CooA by picosecond time-resolved resonance Raman spectroscopy
Uchida, T; Ishikawa, H; Ishimori, K; Morishima, I; Nakajima, H; Aono, S; Mizutani, Y; Kitagawa, T
Biochemistry, 39, 12747, 12752, 2000年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Unusual pressure effects on ligand rebinding to the human myoglobin leucine 29 mutants
T Uchida; K Ishimori; Morishima, I
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 275, 39, 30309, 30316, 2000年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Synthesis, structure, and H2O2-dependent catalytic functions of disulfide-bridged dicopper(I) and related thioether-copper(I) and thioether-copper(II) complexes
T Ohta; T Tachiyama; K Yoshizawa; T Yamabe; T Uchida; T Kitagawa
INORGANIC CHEMISTRY, 39, 19, 4358, 4369, 2000年09月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Resonance raman studies of oxo intermediates in the reaction of pulsed cytochrome bo with hydrogen peroxide
Takeshi Uchida; Tatsushi Mogi; Teizo Kitagawa
Biochemistry, 39, 22, 6669, 6678, 2000年06月06日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - An approach to the O-2 activating mononuclear non-heme Fe enzymes: structural characterization of Fe(II)-acetato complex and formation of alkylperoxoiron(III) species with the highly hindered hydrotris(3-tert-butyl-5-isopropyl-1-pyrazolyl)borate
T Ogihara; S Hikichi; M Akita; T Uchida; T Kitagawa; Y Moro-oka
INORGANICA CHIMICA ACTA, 297, 1-2, 162, 170, 2000年01月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Novel iron porphyrin-alkanethiolate complex with intramolecular NH•••S hydrogen bond: Synthesis, spectroscopy, and reactivity
Suzuki, N; Higuchi, T; Urano, Y; Kikuchi, K; Uekusa, H; Ohashi, Y; Uchida, T; Kitagawa, T; Nagano, T
Journal of the American Chemical Society, 121, 49, 11571, 11572, 1999年12月15日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Heme environmental structure of CooA is modulated by the target DNA binding
T Uchida; H Ishikawa; S Takahashi; K Ishimori; Morishima, I; K Ohkubo; H Nakajima; S Aono
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 273, 32, 19988, 19992, 1998年08月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌） - The effects of heme pocket hydrophobicity on the ligand binding dynamics in myoglobin as studied with leucine 29 mutants
T Uchida; K Ishimori; Morishima, I
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 272, 48, 30108, 30114, 1997年11月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌） - Effects of the intramolecular disulfide bond on ligand binding dynamics in myoglobin
T Uchida; M Unno; K Ishimori; Morishima, I
BIOCHEMISTRY, 36, 2, 324, 332, 1997年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）
- 電子伝達タンパク質シトクロムcを用いた難分解性色素分解酵素の設計
大村翼世; 石森浩一郎; 内田毅, 生体分子科学討論会講演要旨集, 47th, 2021年 - 難分解性色素を分解可能なシトクロムcの設計と創製
大村翼世; 石森浩一郎; 内田毅, 酸化反応討論会講演要旨集, 53rd, 2020年 - コレラ菌由来DyP型ペルオキシダーゼ(VcDyP)の色素分解反応の機構解明と至適pHの変換
大村翼世; 石森浩一郎; 内田毅, 酸化反応討論会講演要旨集, 52nd, 2019年 - 最適pHの変換による染料脱色ペルオキシダーゼ(DyP)の活性制御【JST・京大機械翻訳】
大村翼世; 石森浩一郎; 内田毅, 金属の関与する生体関連反応シンポジウム講演要旨集, 28th (Web), 2018年 - ヘム生合成制御因子Irrにおけるヘムによる標的DNAへの結合制御機構
南多娟; 内田毅; 齋尾智英; O’BRIAN Mark R.; 石森浩一郎, 日本生化学会大会(Web), 90th, 2017年 - ヘムを制御分子とする細胞内鉄濃度制御機構の構造化学的解明
小倉麻梨子; 齋尾智英; 内田毅; 田中秀明; 田中秀明; 栗栖源嗣; 栗栖源嗣; 岩井一宏; 石森浩一郎, 日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集, 17th, 2017年 - ヘム分解酵素HutZへのヘム輸送タンパク質HutXの構造・機能解析
関根由可里; 石森浩一郎; 内田毅, 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM), 96th, 2016年 - ヘム分解酵素HutZにおけるヘム分解反応で生じた鉄による酵素活性の自己制御
道順暢彦; 関根由可里; 石森浩一郎; 内田毅, 日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM), 96th, 2016年 - コレラ菌由来ヘム分解酵素HutZのヘム分解反応機構
関根由可里; 道順暢彦; 石森浩一郎; 内田毅, 生体分子科学討論会講演要旨集, 43rd, 2016年 - ナノディスクに再構成したVibrio cholerae由来シトクロムcbb3の構造,機能的評価
INOUE Masanao; SHIBATA Akihiro; IMAI Mizue; UCHIDA Takeshi; MURAMOTO Kazumasa; SHIRO Noritsugu; FURUKAWA Shinya; ISHIMORI Koichiro, 生物物理(Web), 56, Supplement 1-2, 2016年 - 鉄キレート剤の添加によるコレラ菌由来ヘム分解酵素HutZの活性抑制機構
道順暢彦; 関根由可里; 松井敏高; 石森浩一郎; 石森浩一郎; 内田毅; 内田毅, 東北大学多元物質科学研究所研究発表会講演予稿集, 15th, 2015年 - Demetallation of Heme by Dye-Decolorizing Peroxidase from Vibrio cholerae
T. Uchida; K. Ishimori; T. Uchida; M. Sasaki; K. Ishimori, JOURNAL OF BIOLOGICAL INORGANIC CHEMISTRY, 19, S295, S295, 2014年03月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - HutZの活性中心近傍に存在する水素結合によるヘム分解活性の制御
関根由可里; 内田毅; 松井敏高; 齋藤正男; 石森浩一郎, 日本化学会講演予稿集, 93rd, 3, 2013年 - ナノディスクを用いた膜タンパク質ハロロドプシンの機能解析
山本愛弓; 塚本卓; 小橋川敬博; 内田毅; 出村誠; 稲垣冬彦; 石森浩一郎, 日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集, 12th, 63, 2012年05月31日
日本語 - Function of Heme Regulatory Motif in the Oxidative Modification for Transcriptional Regulation
TATSUKAWA Taira; UCHIDA Takeshi; ISHIMORI Koichiro, Peptide science : proceedings of the ... Japanese Peptide Symposium, 2011, 191, 192, 2012年03月01日
英語 - ステロール生合成を触媒するタンパク質CYP51のPGRMC1による活性化機構の解明
畦地翔; 内田毅; 加部泰明; 末松誠; 石森浩一郎, 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会講演要旨集, 2012, 2012年 - COによるGAPDHを介した神経細胞防御機構の解明
加部泰明; 山本竜也; 内田毅; 石森浩一郎; 半田宏; 末松誠, 日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web), 35th, 2012年 - コレラ菌由来ヘム分解酵素HutZのヘム周辺環境とその機能
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 日本化学会講演予稿集, 92nd, 3, 2012年 - コレラ毒素産生性Vibrio cholerae由来HutZにおけるヘム分解機構の解明
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 化学系学協会北海道支部冬季研究発表会講演要旨集, 2012, 2012年 - コレラ菌の鉄取り込み機構
内田毅; 関根由可里; 宗田壮一朗; 石森浩一郎, 生体分子科学討論会講演要旨集, 39th, 2012年 - コレラ菌由来HutZによるヘム分解反応とその構造化学的知見
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集, 12th, 2012年 - コレラ菌由来HutZによるヘム分解活性と水素結合の役割
関根由可里; 内田毅; 松井敏高; 齋藤正男; 石森浩一郎, 酸化反応討論会講演要旨集, 45th, 2012年 - コレラ菌由来に存在するヘムから鉄を引き抜く酵素の反応機構と構造
内田毅; 佐々木美穂; 関根由可里; 石森浩一郎, 酸化反応討論会講演要旨集, 45th, 2012年 - ヘム/COによるGAPDHを介した細胞防御機構の解明
加部泰明; 内田毅; 山本竜也; 石森浩一郎; 半田宏; 末松誠, 生体分子科学討論会講演要旨集, 38th, 2011年 - ガス分子応答性受容体の系統的探索と機能解明
加部泰明; 内田毅; 山本竜也; 堀内正; 石森浩一郎; 半田宏; 末松誠, 日本酸化ストレス学会学術集会プログラム・抄録集, 64th, 2011年 - ミトコンドリアの呼吸鎖におけるシトクロムcと活性酸素の反応機構の解明
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 日本化学会講演予稿集, 91st, 3, 2011年 - ヘムチオレート錯体の構造と酸化還元機能に及ぼすNH-S水素結合の特異な効果
鈴木潤; 山崎訓由; 泉康雄; 奥園希美子; 内田毅; 白川慶典; 山根健浩; 関根由可里; 加藤信樹; 石森浩一郎; 樋口恒彦, 生体分子科学討論会講演要旨集, 38th, 2011年 - ミトコンドリア呼吸鎖でのシトクロムcによる新規の過酸化水素除去サイクルの検討
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 日本化学会北海道支部夏季研究発表会講演要旨集, 2011, 2011年 - コレラ毒素産生性Vibrio cholerae由来HutZによるヘムの分解機構
関根由可里; 内田毅; 石森浩一郎, 日本化学会バイオテクノロジー部会シンポジウム講演要旨集, 14th, 2011年 - グロビン型センサードメインを有するセカンドメッセンジャー(c-di-GMP)合成酵素の酸素による活性制御
澤井仁美; 吉岡資郎; 内田毅; 兵藤守; 早川芳宏; 石森浩一郎; 青野重利, 生体分子科学討論会講演要旨集, 34th, 2007年 - セカンドメッセンジャー(c-di-GMP)合成を制御する新規な酸素センサータンパク質の構造と性質
吉岡資郎; 澤井仁美; 内田毅; 兵藤守; 早川芳宏; 石森浩一郎; 青野重利, 酸化反応討論会講演要旨集, 40th, 2007年 - Resonance Raman studies of the heme chaperone protein, CcmE
T Uchida; T Kitagawa; JM Stevens; O Daltrop; CW Higham; SJ Ferguson, JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY, 96, 1, 242, 242, 2003年07月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - Monovalent cations mediate formation of native tertiary structure by the tetrahymena thermophila ribozyme: Implications for the folding kinetics.
M Brenowitz; K Takamoto; S Morris; T Uchida; Shcherbakova, I; MR Chance, ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 225, U459, U460, 2003年03月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - Stability of RNA probed by chemical denaturation
Q He; T Uchida; C Ralston; M Brenowitz; MR Chance, BIOPHYSICAL JOURNAL, 80, 1, 481A, 481A, 2001年01月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - Investigating the effect of monovalent ion on folding mechanism of the Tetrahymena thermophila group I intron by synchrotron X-ray footprinting
T Uchida; Q He; M Brenowitz; MR Chance, BIOPHYSICAL JOURNAL, 80, 1, 482A, 482A, 2001年01月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - Resonance Raman studies of oxo intermediates in the reaction of cytochrome bo with hydrogen peroxide
T Uchida; T Mogi; T Kitagawa, JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY, 74, 1-4, 321, 321, 1999年04月
英語, 研究発表ペーパー・要旨（国際会議） - CO依存型転写調節因子CooAのヘム近傍構造およびCO結合反応
内田 毅; 石川 春人; 高橋 聡; 石森 浩一郎; 森島 績; 大久保 敬; 中島 洋; 下野 武司; 青野 重利, 生物物理, 37, S175, 1997年10月
一般社団法人日本生物物理学会, 日本語 - 部位特異的アミノ酸置換法によるミオグロビンのヘム表裏配向の認識機構の解明
石川 春人; 内田 毅; 石森 浩一郎; 森島 績, 生物物理, 37, S176, 1997年10月
一般社団法人日本生物物理学会, 日本語 - 1a-G-6 ジスルフィド結合を導入したミオグロビンの動的構造のレーザー分光による研究(生体物理)
栗田 厚; 松田 京子; 柴田 穣; 櫛田 孝司; 内田 毅; 森島 績, 日本物理学会講演概要集. 年会, 51, 3, 752, 752, 1996年03月15日
一般社団法人日本物理学会, 日本語
- Heme binding characteristics of mouse PER1, a transcriptional regulatory factor associated with circadian rhythms
Nova Science Publishers, 2011年
- 生物化学Ａ（Ⅲ）, 2024年, 修士課程, 総合化学院
- 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
- 生命分子化学特論, 2024年, 修士課程, 総合化学院
- 生命分子化学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
- 生命分子化学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
- 一般教育演習(ﾌﾚｯｼｭﾏﾝｾﾐﾅｰ), 2024年, 学士課程, 全学教育
- 分子分光学, 2024年, 学士課程, 理学部
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
- 色素分解酵素DyPを利用した環境汚染物質の分解・環境浄化システムの構築
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
2020年04月 - 2023年03月
内田 毅
DyP (Dye-decolorizing peroxidase) はヘムを含むペルオキシダーゼという酵素タンパク質の一種で、過酸化水素を利用し、アントラキノン系の色素を分解する酵素であることから、環境浄化酵素としての利用が期待されている。しかし、微生物やカビなどの一部に存在するタンパク質であるにもかかわらず、それらの生育条件とは離れたpH 4程度の酸性条件で活性が高く、中性付近ではほとんど活性がないという特徴が、環境浄化酵素としての実用化へのハードルとなっていた。そこで、反応機構を明らかにすることにより、pH依存性を決定している因子を明らかにし、アミノ酸置換を導入することにより、中性pHで活性を持たせることに成功した。試験管内の反応では中性で色素を分解可能になったため、これを大腸菌に発現させ、大腸菌を培養しながら、溶液内の色素を分解することを試みた。しかし、予想外に活性は著しく低く、環境浄化酵素として利用することでできなかった。原因を検討した結果、菌体内で発現させると活性中心であるヘムと結合していないことがわかった。ヘモグロビンなど多くのヘムタンパク質ではヘムはタンパク質と配位結合しているため、大腸菌内で利用しようとするとヘムを含まない可能性がある。そこで、タンパク質とヘムが共有結合しているシトクロムcにDyP活性を付与することを試みた。
はじめに天然型のシトクロムcのDyP活性を測定したところ、DyPの1/2程度の活性であることがわかった。次に、DyPで明らかにした反応機構をもとにシトクロムcに色素分解に必要なアミノ酸残基を導入することにより、天然型のシトクロムcの80倍の活性をもつ変異体シトクロムcを作成した。また、至適pHは8.0付近であったことから、試験管レベルではあるが、環境浄化酵素としての利用が期待できるものの作成に成功した。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 20K05700 - ナノディスクを用いた膜結合金属蛋白質の集積配列による活性制御
科学研究費助成事業
2019年06月28日 - 2021年03月31日
石森 浩一郎; 内田 毅
光駆動塩素イオンポンプのハロロドプシン（HR）と、呼吸鎖末端で酸素分子の四電子還元を行うバクテリア由来シトクロム酸化酵素（cbb3）に注目して、そのナノディスク化と機能解析および機能分子への応用を試みた。ナノディスク化HRの光反応サイクルを多様な分光学的手法で解析したところ、効率的な光駆動塩素ポンプ駆動にはHR分子間相互作用、膜電荷とHRの相互作用、塩素イオン結合や解離に伴うHRの構造変化を許容する膜の柔軟性等が重要であることが示された。cbb3は電極に固定させることで、電気化学的な酸素分子の四電子還元反応を触媒として進行させることが確認でき、ナノディスク化でその活性の向上が期待される。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 19K22193 - ミトコンドリア呼吸鎖における電子伝達複合体の動的構造解析と電子伝達制御機構の解明
科学研究費助成事業
2016年04月01日 - 2019年03月31日
石森 浩一郎; 内田 毅; 齋尾 智英
細胞内のエネルギー生産に重要な酸素分子の水への還元は、ヘムを含む電子伝達蛋白質であるシトクロムcから膜結合蛋白質であるシトクロムc酸化酵素に電子が伝達されることで進行する。この電子伝達反応の分子機構を生体内に近い環境で検討し、その効率的な反応の進行には、シトクロムc酸化酵素とその周囲の膜構成成分との相互作用や、蛋白質構造の過渡的な変化である「構造的揺らぎ」、少数のアミノ酸残基による特異的な蛋白質間相互作用、さらには電子伝達経路における疎水的な環境が重要であることが明らかとなった。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H04173 - 膜結合性ヘムタンパク質PGRMC1の構造的制御による生理機能の解明
科学研究費助成事業
2015年04月01日 - 2018年03月31日
加部 泰明; 内田 毅
本研究では、新規のガス応答性因子として同定した膜タンパク質タンパク質PGRMC1の構造的機能制御の解明を行った。X線結晶構造解析により、PGRMC1はチロシン残基のヘム配位によって、突出したヘム同士が重なり合った特異な重合体構造を形成することを見出し、生体内ガスCOがこの重合が解離してPGRMC1の機能を阻害することを見出した。PGRMC1はがん細胞内のヘム濃度に応答して重合化することにより活性化し、がん増殖に関わるEGFRと会合してがん増殖シグナルを増強するという、ダイナミックな構造変換によって機能することを明らかとした（Nature Commun 2017）。
日本学術振興会, 基盤研究(C), 慶應義塾大学, 15K07011 - ナノディスクを利用したミトコンドリア呼吸鎖における電子伝達機構の解析
科学研究費助成事業
2013年04月01日 - 2016年03月31日
石森 浩一郎; 内田 毅; 齋尾 智英
呼吸鎖電子伝達系末端のシトクロムc酸化酵素（CcO）を、生体膜モデルであるナノディスクに埋め込み、界面活性剤可溶化系よりも生体内に近い環境下でのCcOの機能を検討するとともに、ドッキングシミュレーションにより、これまで実験的には検討できなかったCcO上のシトクロムc（Cyt c）相互作用部位についても、その構造化学的知見を得ることに成功した。さらに、電子伝達機構を制御するうえで重要な蛋白質の構造揺らぎについて検討を行い、Cyt cは構造揺らぎが抑制された部分でCcOと相互作用することが示された。以上の結果から、Cyt cからCcOへの電子伝達反応を制御する動的な構造要因について検討を行った。
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 25288072 - サブユニット特異的部分同位体ラベル化による巨大膜蛋白質の構造解析
科学研究費助成事業
2013年04月01日 - 2015年03月31日
石森 浩一郎; 内田 毅
細胞内のエネルギー生産器官であるミトコンドリアにおける電子伝達機構を解明するため，その電子伝達系の中枢を担うシトクロム酸化酵素について，NMRによる解析を可能なように安定同位体ラベルし，さらにこの酵素をナノディスク化することにより，生体内に近い膜結合状態での詳細な構造解析を実現することを試みた。バクテリア由来のシトクロム酸化酵素のナノディスク化再構成の結果から，巨大分子量膜結合蛋白質であっても安定同位体ラベルとナノディスク化で詳細な構造解析が可能であることを示した。
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 25650016 - 病原性細菌の鉄取り込みに関与するタンパク質の構造・機能に関する研究と創薬への応用
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2012年 - 2014年
内田 毅
本研究は病原性細菌の一つであるコレラ菌が自身の増殖に必要とする鉄原子を獲得する機構を蛋白質レベルで明らかにすることを目的とした研究である。コレラ菌のゲノム配列を遺伝子解析し、HutZと呼ばれる蛋白質がヘムの分解酵素である可能性を見出したので、大腸菌での発現系を構築し、精製蛋白質の反応解析を行った。これまでの研究からヘム分解酵素はヒト型、黄色ブドウ球菌型、ピロリ菌型の三種類に分けられ、それぞれ立体構造が異なることが知られる。HutZはピロリ菌型の酵素であるが、ヒト型の酵素がヘムを分解する時に観測される中間体と同じ中間体を経由してヘムを分解することが示され、立体構造に相同性はないが、ヒト型酵素と同じ反応機構でヘムを分解することを明らかにした。しかし、中性付近での反応性が著しく低いという特徴があった。活性部位近傍の構造を分光学的手法を用い検討した結果、ヘムと結合するヒスチジンが周囲のアミノ酸残基と水素結合を形成し、それによりヒスチジンが分極し、酸化型のヘムを安定化させるためであり、逆にこの水素結合の強度を弱めると還元反応が進むことがわかった。ヒト型のヘム分解酵素の場合、電子の供給が還元酵素か還元剤かに関わらず反応が進むのに対し、HutZでは還元剤からは電子を受け取れない構造をしているため、還元酵素の存在が反応に必須であると考えられる。これは、人の体内では恒常的にヘムを分解しているのに対し、コレラ菌では、水辺など増殖に適していない環境に存在する場合、酵素活性を抑制し、エネルギーを無駄に消費しない状態で存在しており、一旦、ヒトの体内に侵入し、栄養が豊富で、増殖が可能な状況にると酵素を活性化させ、急激に増殖する、というように生存している環境に応じ、酵素活性を制御する必要があり、菌の生存に合致するような反応機構を有するという新たな概念を提案することができた。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24550182 - セグメントラベルと先端的NMR手法を駆使した高分子量蛋白質複合体の相互作用解析
科学研究費助成事業
2011年 - 2012年
石森 浩一郎; 内田 毅
生体内で重要な機能を果たしている高分子量蛋白質複合体の新たな構造解析手法として,セグメント安定同位体化ラベル法と先端的NMR手法としての転移交差飽和(TCS)法や残余双極子結合(RDC)法の応用を検討した.呼吸鎖末端の電子伝達反応であるシトクロムc(Cytc)とシトクロムc酸化酵素(CcO)の相互作用部位についてTCS法を応用し,CcOと直接相互作用しているCytcのアミノ酸残基を決定することに成功した.
日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 23657070 - ヘムをシグナル伝達分子として機能する蛋白質制御系の構造化学的基盤
科学研究費助成事業
2009年 - 2011年
石森 浩一郎; 内田 毅
本研究では,ヘムを制御因子として機能するIrr(Iron Response Regulator)とIRP(Iron Regulatory Protein)におけるヘム結合様式と,その結合したヘムによる機能発現機構について検討を行った.Irrにおいては,ヘム結合部位を分光学的に同定するとともに,そのヘムに蛋白質の酸化修飾機構を明らかにした.IRPについても,新たにヘム結合部位を同定し,その機能的意義についても明らかにすることができた.これらの結果は,細胞内におけるヘムの新たな機能を示唆している.
日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21370040 - 転写制御因子NPAS2が酸化還元または一酸化炭素を利用し転写制御を行う機構の解明
科学研究費補助金(基盤研究(C))
2008年 - 2010年
内田 毅
本研究は酸化還元及び一酸化炭素依存的に遺伝子の転写を制御するNPAS2/BMAL1の遺伝子制御機構を明らかにすることである。転写制御に関係する構造変化をラマン分光法を用いて観測した結果、NPAS2/BMAL1では、多くのヘムタンパク質と異なり、疎水場に埋め込まれたヘムの側鎖周辺の弱い相互作用を通じて、情報伝達し、DNA結合能を制御するという、特異なシグナル伝達機構があることが明らかとなった。
文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20570121 - 電子伝達蛋白質複合体の構造化学的解明とその会合・解離の分子機構
科学研究費助成事業
2008年 - 2009年
石森 浩一郎; 内田 毅
本年度に得られた研究成果の概要は以下のとおりである.
1.シトクロム酸化酵素(CcO)の結合により誘起されるシトクロムc(Cytc)における構造変化の解明Cyt cまその電子受容体であるCcOと結合し,CcO-Cytc電子伝達複合体を形成する際には,その立体構造が変化することで電子伝達反応を制御していると考えられる.一般にはこのような高分子量の膜蛋白質であるCcOを含む蛋白質複合体の構造解析は困難であるが,^<15>NラベルしたCyt cを用いて3D-^1H-^<15>N NOESYHSQC(^<15>N-edited NOESY)を用いることで,CcO結合によるCytcの構造変化を検出することに成功した.特に,本研究者等のこれまでの研究から推定されたCyt cのCcOに対する相互作用部位周辺がCcOの結合に伴い有意な構造変化が観測され,Cyt cはCcOと電子伝達複合体を形成する際にはその相互作用部位付近に特異的な構造変化を起こすことが示唆された.今後さらに定量的な構造解析を進めることにより,構造変化による電子伝達の制御機構が明らかになると期待できる.
2.ドッキングシミュレーションによるCcO側の会合部位の同定 東京大学の北尾准教授の研究グループと共同で,CcO-Cytc電子伝達複合体形成の際のCcO側の相互作用部位について検討を行った.剛体モデルを用いたドッキングシミュレーションの結果,Cyt c側の相互作用部位は本研究者らがNMRを用いて実験的に明らかにした部位と一致し,一方,CcO側も予想通り,負電荷と疎水性のアミノ酸残基による相互作用部位の形成が認められた.さらにここで得られた結果についてMDを適用することにより,さらに詳細にCcO)側の相互作用部位を明らかにすることで,CcO側からもCcO-Cytc間の電子伝達機構を解明できると期待できる.
日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 20051002 - 高圧分光法を用いた蛋白質における構造的揺らぎの解析
科学研究費助成事業
2007年 - 2007年
石森 浩一郎; 内田 毅; 竹内 浩
蛋白質構造の構造的揺らぎを定量的に解明するため,人工的な分子内電子伝達蛋白質を設計し,その電子伝達速度の圧力依存性から算出した蛋白質構造における特定の2点問の線圧縮率と,多核多次元NMR法によるdistance geometryや緩和測定から得られる構造的揺らぎの結果を比較した.人工的な分子内電子伝達蛋白質であるルテニウム置換亜鉛ミオグロビン(48,81,83位にそれぞれRu錯体を修飾)の光励起によるZnからRu,あるいはその逆の電子移動過程の反応速度を,常圧から2000気圧程度までの圧力で追跡し,その圧力依存性から,その亜鉛ポルフィリンの亜鉛イオンと蛋白質表面に特異的に修飾したRu錯体間の距離は,Ru錯体の修飾位置(48,81,83位)によって,加圧により0.1から2Å程度,距離が短縮される場合(48位と伸張される場合(81,83位)が観測された.このような異方的な蛋白質構造の短縮・伸張は,緩和測定の結果から得られた局所的な運動性や,distance geometryとは相関がみられず,従来想定されていたように,アミノ酸残基の局部的な運動性や主鎖構造のずれが大きい部位で,必ずしも蛋白質構造の大きな揺らぎが起こっているのではないということを示すことができた.さらに,酸素結合蛋白質であるミオグロビンに比べ,外部からの配位子の結合がなく,そのヘム鉄が6配位構造であるシトクロムcについてもNMRによる緩和時間測定を行ない,主鎖構造の運動性について検討した.その結果,主鎖末端領域やループ領域にやや運動性の高い領域が観測されたものの,全体的にミオグロビンに比べ運動性が制限されている領域が多く,シトクロムcは,ミオグロビンに比べ,蛋白質構造上の揺らぎが小さいことを示唆している.
日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 19029002 - ヘム依存性転写制御複合体の構造と機能
科学研究費助成事業
2006年 - 2007年
石森 浩一郎; 内田 毅
ヘム依存性転写因子Irrにおける酸化修飾機構の詳細を検討するため,典型的なペプチド鎖の酸化修飾様式であるカルボニル化を認識する「Oxyblot」法を用いて検討したところ,過酸化水素のスカベンジャー試薬であるカタラーゼを添加した際に酸化修飾が大きく阻害されることを見出した.一方,OHラジカルやO_2-のスカベンジャー試薬の添加ではその阻害効果が見られなかったことから,Irrはヘムと分子状酸素の存在下で過酸化水素を産生し,この過酸化水素によってペプチド鎖の酸化修飾反応が引き起こされることが示された.さらに,以上のような過酸化水素の産生部位を同定するために,ヘムの軸配位子と想定されるCysやHisをそれぞれAlaに置換し,その酸化修飾反応を追跡したところ,His残基が連続しているHis117,His118,His119の置換により酸化修飾反応が大きく阻害されることが示された.しかし,この変異体において産生する過酸化水素の定量を行ったところ,野生型同様の産生能を示し,過酸化水素は酸化修飾には必須であるものの,ペプチド鎖への酸化修飾反応の直接的な活性種ではないことが示唆された.づまり,Irrによって産生された過酸化水素は,再びHis117,His118,His119付近の酸化活性化部位によって,さらに活性な酸化活性種に変換されることを示唆している.以上の結果からIrrにおける酸化修飾反応は,分子状酸素から過酸化水素を経た二段階の活性化反応で進行し,そこで生成した酸化活性種が蛋白質分解の端緒となることが考えられる.
日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 18054002 - 圧力を用いた分子体積プロファイル解析による蛋白質立体構造形成過程での水分子の寄与
科学研究費助成事業
2006年 - 2007年
石森 浩一郎; 内田 毅
本年度の研究実績の概要は以下のとおりである。
1.疎水性アミノ酸残基からの脱水和の分子体積に対する寄与: 疎水性部位からの脱水和による部分分子体積減少の実験的確証を得るため、Cyt cの蛋白質表面に位置する親水性のAsp93を疎水性のLeuに置換し、この変異による立体構造形成に伴う体積変化を追跡した。その結果、この変異により、その立体構造形成による体積の減少量は、約5mLmol^<-1>程度増加した。
2.高圧下時分割蛍光観測システムの構築疎水性アミノ酸残基からの脱水和の分子体積に対する寄与: 蛋白質の立体構造形成機構を考える上で重要な遷移状態における水分子の挙動を解明するためには、活性化体積ΔV^≠を見積もる必要がある。従来、Cyt cでは、このΔV^≠を見積もるため、種々の圧力下におけるヘムの紫外可視吸収を利用してきたが、この手法では蛋白質部分の構造変化が直接には反映されない。そこで、立体構造形成により、ヘムに近接することでその蛍光強度が減少するTrpの蛍光に注目し、蛋白質部分の変化を直接観察することを試みた。高圧下での立体構造形成反応の追跡については、還元型CytcのCO結合体が非結合体に比べその安定性が低く、レーザー光照射によるヘム鉄からCO分子の解離より、立体構造形成反応が開始可能であることを利用した。その結果、高濃度の塩酸グアニジン存在下のCO結合還元型Cyt cや、COが結合しない酸化型Cyt cでは光照射により、有意な蛍光変化は観測されないが、3.6M塩酸グアニジン存在下のCO結合還元型型Cyt cでは光照射に伴い、蛍光強度の低下が観測された。これはCOの解離によって立体構造形成反応が進行したと考えられ、本装置を用いて種々の圧力下における蛋白質立体構造形成反応をその蛍光変化により、追跡できることが示された。現状では観測される蛍光の強度が弱いが、集光レンズの装着などにより、その強度を上げることで、再現性の良い定量的な測定が期待できる。
日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 18031001 - シトクロムcの翻訳後修飾を行うタンパク質システムの作用機構の解明
科学研究費補助金(若手研究(B))
2006年 - 2007年
内田 毅
本研究は、シトクロムcという原核生物から真核生物までほぼすべての生物が有するタンパク質の成熟化を行うタンパク質群であるCcm(Cytochrome c maturation)の作用機構を明らかにすることを目的としている。シトクロムcはミトコンドリアの呼吸鎖における電子伝達タンパク質と機能する他、細胞死であるアポトーシスの引き金となるタンパク質であることから、生成及びその品質管理を理解することは重要であると共に、CcmはC型ヘムを有するタンパク質を大腸菌や無細胞系で発現させる時には必須である、その効率の点で未解明な部分が多く、Ccmの理解はタンパク質工学的にも重要な課題の一つである。本研究の共同研究者であるOxford大学のFerguson教授らの研究により、8個存在するCcmタンパク質の中でもCcmEがヘムをシトクロムcに引き渡し、チオエーテル結合の形成という翻訳後修飾を行うことが生化学的に報告されていた。我々はこの機構を詳細に検討することを試みた。Ferguson教授らは細菌(Hydrogenobacter thermophilus)由来のシトクロムcを用いていたが、今回、ホ乳類であるウマ、及び酵母であるSaccharomyces cerevisiae由来のシトクロムcを用い、翻訳後修飾過程を検討したが、翻訳後修飾は形成されなかった。これは、CcmEによるシトクロムcの選択性を表している。CcmEとこれらのシトクロムcの相互作用を表面プラズモン共鳴装置により解析したが、全く相互作用しなかった。以上のことから、CcmEはシトクロムcのある特定の部位を認識し、ヘムの受け渡しを行っていることがわかった。今後はH. thermophilus由来のシトクロムcの認識部位を明らかにすることを試みる。それにより、CcmEを利用したより広汎なC型ヘムをもつタンパク質の翻訳後修飾につながり、外来タンパク質の発現における有用な情報が得られると期待される。
文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 18770102 - 蛋白質動的高次構造検出法の開発及びそれを用いた蛋白質構造・機能相関の解明
科学研究費助成事業
2002年 - 2006年
北川 禎三; 水谷 泰久; 内田 毅
本研究で用いた主たる方法論は時間分解共鳴ラマン分光法と顕微赤外分光法である。サブテーマとして掲げているのは、1)ピコ秒時間分解可視共鳴ラマン分光法による発色団の速い構造変化の検出、2)サブナノ秒時間分解紫外共鳴ラマン分光法による蛋白質高次構造変化の検出、3)レーザー温度ジャンプ法による蛋白質フォールディング/アンフォールディング、4)機能を軸とした新規分光法の開発、5)DNAフォトリアーゼによるDNA光修復過程の解明、6)蛋白質会合による高次構造変化とそのトリガーの顕微赤外分光法による検出、7)センサーヘム蛋白質の環境検知、情報伝達、及び機能発現機構の解明、8)ヘム酵素による酸素活性化及びプロトン能動輸送機構の解明である。2)、3)、5)-8)は岡崎で、1)、4)は神戸大学で実験したが、1つの蛋白分子の動的構造と機能の相関を調べる場合には、ピコ秒領域の速い構造変化とナノ秒からミリ秒にかけて起こる遅い構造変化を合わせて考える必要があるので、1)、2)及び7)については同じ蛋白試料を岡崎と神戸の両方で測定する協力体制で研究を進めた。4)では振動スペクルのバンド形の時間変化を通じて蛋白質の構造揺らぎを検出する新しい視点に立つもので、ピコ秒の時間分解共鳴ラマンスペクトルを高いシグナル/ノイズ比で観測し、広幅化したバンドのどの部分が先に反応して消えていくかを見る"反応ホールバーニング"の手法を編み出し、ミオグロビンのFe-His伸縮振動に適用した。また6)では、β_2ミクログロブリンのアミロイド化をフーリエ変換顕微赤外分光法で調べ、アミロイドフィブリルコアーの構造を議論した。特に#21-31ペプチドによるアミロイド化に関しては、^<13>C同位体ラベルアミノ酸でフィブリルを形成し、その残基がどの2次構造をとるかについて詳しい解析をした。研究は順調に進行した。神戸大学のグループ(現在は大阪大学へ異動)では、2)の期待以上にピコ秒時間分解紫外共鳴ラマン分光法による蛋白質高次構造変化の検出に成功した。
日本学術振興会, 特別推進研究, 14001004 - 時間分解紫外共鳴ラマン法によるセンサー蛋白の情報感知・伝達及び機能発現機構の解明
科学研究費助成事業
2002年 - 2002年
北川 禎三; 内田 毅
本研究の実施前に辞退する事になったため本格的な実施ではないが、特別推進研究においても関連課題を実施しているので成果の一部をここに記す。
バシラスという細菌の酵素分子センサーであるHemATという蛋白の共鳴ラマンスペクトルを測定し、酸素分子の特異的認識メカニズムを構造化学的に調べた。すなわち、HemATの鉄-酸素伸縮振動を同位体置換法で帰属し、この振動数が非常に低い事から、鉄に結合した酸素がまわりの蛋白と強く水素結合していると結論した。シグナル伝達部の長さを変えると、強く水素結合した酸素とそうでない酸素の存在比が変化したので、その水素結合が情報伝達に寄与していると考えられた。
日本学術振興会, 基盤研究(S), 岡崎国立共同研究機構, 14103003
